Credit Suisse und Eaton engagieren sich im Green Data Net Was macht der Nissan im Rechenzentrum?

Redakteur: Ulrike Ostler

Energiesparen im Rechenzentrum reicht nicht, um nachhaltiger zu wirtschaften. In dem EU-geförderten Projekt „Green Data Net“ geht es etwa um das zweite Leben von elektrischen Lithium-Ionen-Autobatterien als Energiespeicher im Rechenzentrum, die zugleich als Smart-Grid-Knoten fungieren sollen.

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Die Initiative Green Data Net soll es ermöglichen, Batterien als Energiespeicher ökologischer zu nutzen. Sie erhalten ein zweites Leben und dienen nicht nur der Sicherung der Stromzufuhr in Notfällen, sondern als Knoten in einem Grid dem laufenden Betrieb.
Die Initiative Green Data Net soll es ermöglichen, Batterien als Energiespeicher ökologischer zu nutzen. Sie erhalten ein zweites Leben und dienen nicht nur der Sicherung der Stromzufuhr in Notfällen, sondern als Knoten in einem Grid dem laufenden Betrieb.
(Bild: Gren Data Net/Eaton)

In der vergangenen Woche haben die Projektpartner von Green Data Net die Intitiative in Lausanne vorgestellt. Denn neben Eaton, einem Hersteller von Anlagen für die unterbrechungsfreie Stromversorgung, der dort eine Niederlassung und Forschungseinrichtung unterhält, gehören zum Projektteam auch die Eidgenössische Technische Hochschule von Lausanne (EPFL) und Credit Suisse. Dazu kommen das französische Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien (CEA) und die Universität von Trient (UNITN) und: Nissan.

Der Nissan als Energiespeicher im Rechenzentrum
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Die Projektleitung hat Fabrice Roudet, Innovation und Competence Manager Distributed Power Quality in Europa, dem Nahen Osten und der Schweiz. Darüber hinaus bringt Eaton eine Menge Know how in der Absicherung der Stromversorgung mit, insbesondere in Rechenzentren. Laut Roudet können die Rechenzentren jedoch keinesfalls so weitermachen wie bisher.

Die Voraussetzungen

Es gibt im Wesentlichen drei Trends, die es erfordern, mit der bisherigen Form der Energieversorgung für die IT zu brechen und zugleich Innovationen befördern.

Die Schere zwischen dem Datanvolumen und der Technik die diese mit Energie versorgen kann geht weit auseinander.
Die Schere zwischen dem Datanvolumen und der Technik die diese mit Energie versorgen kann geht weit auseinander.
(Bild: Green Data Net)

1. Die Nachfrage nach IT-Services und Daten steigt schneller als die Kapazität der Technik, die die IT und Telekommunkation mit Energie versorgen kann.

Insgesamt schluckt die IT – innerhalb und außerhalb der Rechenzentren – rund 10 Prozent der weltweiten Elektrizität. Das besagt die Studie „The Cloud begins With Coal – Big Data, Big Networks, Big Infrastructure, and Big Power“ der Digital Power Group. Und der Bedarf steigt.

Die Zahlen dazu kursieren in ganz vielen Medien fast täglich und werden stets nach oben korrigiert. Trotzdem ist vor Augen zu führen, dass so genannte „smarte mobile Devices, und das Internet der Dinge uns bald schon von Brontobytes an Daten sprechen lassen. Da kommt die Energiezulieferung und die dafür notwendige technische Entwicklung schlichtweg nicht mit.

2. Heutige Rechenzentren passen den Energieverbrauch auf die Auslastung der IT an.

Das ist zunächst einmal gar nicht verkehrt. Denn große Hardware-Cluster, auf denen Hypervisoren und Cloud-Orchestrierungs-Werkzeuge laufen, bringen eine bessere Auslastung mit sich, verschwenden weniger Ressourcen und erhöhen die Elastizität der Systeme, skalieren bei Bedarf. Zudem sorgen die jüngeren Chip-Generationen und Power-Management-Systeme dafür, dass Energie nur bei Bedarf zugeführt wird.

Der Nissan als Energiespeicher im Rechenzentrum
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Auch die Facility-Seite kann mit Innovationen aufwarten. So skaliert auch die Kette der Stromversorgung besser als je zuvor. Dazu kommen modulare Bauweisen und auch hier lassen sich Systeme, die nicht gebraucht werden, quasi in einen Wartemodus schalten. Mehr Intelligenz in der Steuerung erlaubt zudem, dass weniger Komponenten redundant vorgehalten werden müssen. Usus ist eine „Freie Kühlung“.

Das alles führt dazu, dass Rechenzentren, die früher praktisch eine konstante Last abgerufen haben, nun unbeständiger, in schwankenden Mengen Strom benötigen. Der Bedarf richtet sich nach der jeweiligen IT-Last.

3. Der Anteil des Stroms aus erneuerbaren Energien steigt. Das bedeutet, dass neue Prioritäten geschaffen werden, neue Regeln, wer wann wie mit Energie versorgt wird, da Sonne und Wind nun einmal nicht gleichmäßig zur Verfügung stehen.

Dazu kommt ein wirtschaftlicher Faktor. Zunächst einmal wird der Strom verbraucht, den Sonne, Wind, Wasser, Biogas erzeugen. Energieproduzenten herkömmlicher Art, liefern zu, wenn das nicht ausreicht. Da diese Anlagen aber die gesamte Zeit unterhalten werden müssen, produzieren diese zurzeit ein ökonomisches Defizit. Der Verkauf deckt die Kosten der Erzeugung nicht.

Und wie jeder aus den aktuellen Diskussionen über Stromtrassen weiß, braucht Europa eine neue Generation des Strometzes. Die geschätzten Kosten: Rund eine Billion Euro.

Die Investitionen müssen sich auf Folgendes beziehen:

  • die Verbesserung der Ausbeute bei den erneuerbaren Energien, insbesondere um die Schwankungen zu reduzieren.
  • die Optimierung bei der Verteilung
  • dort Strom zu erzeugen, wo er benötigt wird
  • und die Stand-by-Kapazitäten effizienter zu machen.

Das Ziel von Green Data Net

Die Initiative Green Data Net soll dabei helfen. Das Projekt wird eine Reihe Technologien und Techniken entwickeln, mit denen städtische Rechenzentren 80 Prozent erneuerbarer Energien nutzen und ihre durchschnittliche Power Usage Effectiveness (PUE) von 1,6-2,0 heutzutage auf weniger als 1,3 senken können. Im Fokus dabei steht die Energie-Überwachung und -Optimierung von IT, Strom, Kühlung und Speicherung auf drei Ebenen: Server und Racks, einzelne Rechenzentren sowie Netzwerke von Rechenzentren.

So soll sich die Nachfrage nach Strom aus dem Versorgungsnetz senken. Green Data Net arbeitet darauf hin, dass sich lokale Photovoltaik-Energie in Kombination mit lokalen Energiespeichern integrieren lässt. Dieses Konzept soll zudem eine Verknüpfung von Rechenzentren mit Smart Grids ermöglichen.

Und hier kommt Nissan ins Spiel. Denn in diesem Projekt werden wiederverwertete elektrische Lithium-Ionen-Autobatterien als nützliche Lösung für Rechenzentren erachtet, um als Smart-Grid-Knoten zu fungieren. Ein Pilotprojekt ist in Zusammenarbeit mit ICTRoom aus den Niederlanden geplant, ein auf Rechenzentren spezialisiertes Consulting- und Konstruktionsunternehmen.

Der Projektpartner Nissan

Nissan hat im Konzern (auch Renault) rund 4 Milliarden Dollar für die Entwicklung einer neuen Batterie ausgegeben, erläutert Redmer Van de Meer, Director for Corporate Planning an Electric Vehicle Programm bei Nissan. „Das bedeutet unter anderem, dass uns diese Technik gehört.“ Sie steckt beispielsweise in der zweiten Generation des „Leaf“, die jetzt auf den Markt kam.

Der Nissan als Energiespeicher im Rechenzentrum
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Für Green Data Net wird Nissan die EV-Lithium-Ionen-Batterien, die in Yokohama produziert werden, als Speicher liefern. Außerdem beteiligt sich der Automobilhersteller an der Entwicklung, Verwaltung und dem Testen der Speicherorte in Rechenzentren.

„Wir werden oft gefragt, was mit Batterien passiert, wenn ein Auto das Ende seines Lebenszyklus erreicht hat“, sagt Van der Meer. Nun sollen die Batterien praktisch ein „zweites Leben“ als Energiespeicher im Rechenzentrum führen. Denn wenn die Batterien in den Autos ausgetauscht werden, verfügen sie noch immer über eine Kapazität von 17, 18 Kilowatt, etwa 70 Prozent des ursprünglichen Vermögens.

Das zweite Leben einer Autobatterie

Bis dahin sind allerdings noch viele Fragen offen. Zum Beispiel ist ungeklärt, ob Nissan die Batterien zur Miete anbieten will und wer sie letztendlich entsorgt. Zudem werden erst in etwa fünf Jahren genügend recyclebare Batterien verfügbar sein, so dass sich eine Logistik dafür aufsetzen lässt.

Redmer Van der Meer, Direktor der Unternehmensplanung und des Elektroautoprogramms bei Nissan, brachte zur Präsentation des Green Data Net die jüngsten Leaf-Modelle mit.
Redmer Van der Meer, Direktor der Unternehmensplanung und des Elektroautoprogramms bei Nissan, brachte zur Präsentation des Green Data Net die jüngsten Leaf-Modelle mit.
(Bild: Ulrike Ostler)

Unzweifelhaft erscheint Van der Meer jedoch, dass die Batterien für ein zweites Leben geeignet sind, schließlich ändert sich die Art der Verwendung, von einem stetigen Wechsel von Geladen auf Entladen auf einen Modus der Stetigkeit, der Voraussetzung dafür ist, dass die Batterien USV-tauglich sind. „Batterien haben kein Gedächtnis. Wir haben alles getestet und sind uns sicher, dass unsere Produkte für ein zweites Leben dieser Art gewappnet sind.“

Aussagen über die Restlebensdauer aber mag Van de Meer nicht treffen. Das hänge im Wesentlichen davon ab, wie gut sie gewartet und welchen Temperaturen sie ausgesetzt würden.

Der Projektpartner Credit Suisse

Ein weiterer Projektpartner ist das Schweizer Bankhaus Cedit Suisse. Der Konzernteil Credit Suisse IT betreibt weltweit Rechenzentren mit über 26.500 Servern und einer Speicherkapazität von über 28.000 Terabyte. Für Green Data Net wird er genutzte Rechenzentrumskapazität zur Verfügung stellen.

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Allerdings schließt Marcel Ledergerber, Vice President, Rechenzentren, Design und Planung bei Credit Suisse, aus, dass die Rechenzentren in absehbarer Zukunft auf gebrauchte Nissan-Batterien zurückgreifen werden. „Das ist ein Modell für kleine Rechenzentren.“

Für Ledergerber ist das Ziel der Initiative Green Data Net erfüllt, wenn ein kleines Rechenzentrum (bis zu 250 Kilowatt) zu Spitzenzeiten mit Batterie-Energie laufen könnte. Damit änderte sich der Verwendungszweck: Bisher springen Batterien oder Schwungrad-Technik nur in Notfällen ein, wenn der Strom gänzlich streikt oder wenn Schwankungen auszugleichen sind.

Die Rechenzentren von Credit Suisse

Credit Suisse hat in der Schweiz alleine rund 13.000 Quadratmeter Fläche für Inforrmations- und Kommunikationstechnik zur Verfügung – in Tier-4-Rechenzentren von 800 bis 1.100 Quadratmeter groß. Untergebracht sind rund 4.800 physische Server, vom Mainframe bis Blade, in 1.500 Racks. Das Datenaufkommen liegt bei 10+ Petabytes, Archive und Backup kommen auf 20+Petabytes.

Der Energieverbrauch lag im vergangenen Jahr bei 4,2 Megawatt ICT-Last und auf das gesamte Jahr gerechnet bei 58 Gigawatt-Stunden, die Kühlung eingeschlossen. Der PUE-Wert (PUE = Power Usage Effectiveness) lag bei 1,53. „der vergleichsweise schlechte Wert erklärt sich daraus, dass wir die Dichte und Auslastung der Server erhöht haben“, sagt Ledergerber, „zum einen durch einen höheren Grad an Virtualisierung und zum anderen durch leistungsfähigere Hardware.“

Firmeneigene Datacenter sind Energiesünder

Von 2003 bis 2007 habe die IT pro Jahr 1.000 physische Server neu installiert, was einem Plus an 300 bis 400 Kilowatt entsprochen habe, erläutert der Mann von Credit Suisse. Danach kam der Beschluss der Konzernleitung zur Virtualisierung. Diese Doktrin habe eine viel höhere Durchschlagskraft als bei vergleichbaren Initiativen, die quasi freiwillig erfolgten. Für ihn ist der PUE-Wert somit nur ein halbgarer Richtwert. „Eigentlich müsste man messen, wie viel Wertbeitrag pro Server und Watt erwirtschaftet werden“, so Ledergerber. Denn mit Hilfe der Virtualisierung konnte Credit Suisse den ICT-Platzbedarf auf 75 Prozent senken.

Für den Green-IT-Spezialisten muss auch die Maßgabe für das Energiesparen in Unternehmensrechenzentren der Unternehmenspolitik erwachsen. Denn im Vergleich zu dem gesamten Energieverbrauch im Konzern Credit Suisse, macht der Verbrauch der Rechenzentren gerade einmal ein Prozent aus. Die Schweizer Bank hat allerdings solche Maßgaben, wie übrigens auch Nissan.

Das führt letztlich auch zur Teilnahme der Bank am Projekt Green Data Net, wenngleich Ledergerber und seine Datacenter-Teams schon lange Zeit mit einem weiteren wichtigen Projektpartner eng zusammenarbeitet, dem EPFL.

Der Projektpartner EPFL

Das Akronym steht für die Eidgenössische Technische Hochschule von Lausanne.

Im Projekt hat das Institut zwei Aufgaben übernommen: Den geeigneten Server und die Software für ein Energie-effizientes Rechenzentrum bestimmen und ein Software-Management-System für Server und Racks entwickeln, welche den Stromverbrauch des gesamten Systems optimieren sollen. Die gesamte Lösung wird als Open-Source-Plattform implementiert werden, was auch anderen Firmen die Möglichkeit gibt, zusätzliche Optimierungsmodule anzubieten, und die langfristige Nachhaltigkeit des Projekts garantiert.

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Die Grundlage für die Software bildet das bereits existente Projekt PMSM. Dieses bietet das Monitoring der IT und der Wärme-Entwicklung. Im Fokus sind dabei 5-Kilowatt-Server und granulare Strom- sowie Wärmesensoren. Credit Suisse testet die von EPFL und Green Data Net entwickelten Messgeräte.

Die stromlosen Sensoren

Im Einsatz sind bereits Sensoren für die Strommessung. Diese funktionieren ohne eigene Stromzufuhr per Induktion und werden quasi als Klammer auf die Leitungen gesetzt. Die Übertragung der Daten funktioniert per Funk. In den Übertragungspausen können sich die Messpunkte wieder aufladen.

Martino Ruddier vom EPFL demonstriert die Management-Konsole für das Monitoring mit den eigenetwickelten Sensoren.
Martino Ruddier vom EPFL demonstriert die Management-Konsole für das Monitoring mit den eigenetwickelten Sensoren.
(Bild: Ulrike Ostler)

Die Daten werden zunächst an einen Datensammler, ein kleiner Server übertragen. Dieser wandelt die Daten in ein Ethernet-Format um, so dass die Messergebnisse ermittelt werden können. Ziel ist es, nicht nur historische Informationen über Stromverbrauch und IT-Last zu haben und darauf möglichst schnell zu reagieren, sondern diese zu benutzen, um Aussagen über ein zu erwartendes Verhalten treffen zu können.

Das Projekt Green Data Netist auf drei Jahre terminiert. Die Europäische Kommission stellt dafür eine Subvention in Höhe von 2,9 Millionen Euro zur Verfügung. Auf Grundlage der Projektergebnisse wird die Initiative schließlich Leitfäden veröffentlichen, nach denen sich Rechenzentren zukünftig nachhaltiger betreiben lassen.

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